Vorliegende Arbeit diskutiert Simulationstechniken zur quantitativen Bestimmung und Bewertung von Luftströmungen in Innenräumen und die Anbindung dieser Techniken an ein Gebäudemodell. Raumluftströmungen werden in ihrem Erscheinungsbild anhand typischer Konfigurationen der Gebäudehülle charakterisiert. Es werden ihre Auswirkungen auf den Energiehaushalt eines Gebäudes und auf das thermische Behaglichkeitsempfinden der Nutzer erläutert. Zur numerischen Simulation des transienten thermischen Gebäudeverhaltens wird ein Finite-Volumen Ansatz zur Bilanzierung der instationären Wärmeströme durch die Gebäudestruktur beschrieben. Durch die Diskretisierung dynamischer Mehrzonenmodelle ist das Auflösungsvermögen bezüglich Raumluftströmungen dabei begrenzt, da ein oder wenige Raumlufttemperaturknoten pro Zone zur Bestimmung der durch Druckdifferenzen induzierten Enthalpieströme verwendet werden. In bestimmten Fällen ist daher eine hochauflösende Simulation mit CFD-Verfahren nötig, um lokale Strömungsvorgänge analysieren zu können, wie anhand der Vorstudie einer gekoppelten Simulation gezeigt wird. Der Einsatz der entwickelten Kopplungsschnittstelle wird zunächst anhand einer Kopplung zwischen einem kommerziellen CFD-System und einem thermischen Mehrzonen-Gebäudemodell demonstriert. Als Referenzmodell dient ein Gebäude mit Atrium. Die Ergebnisse werden mit vorliegenden Messdaten verglichen. Die Anbindung von Simulationsverfahren an ein Bauwerksmodell wird durch die verschiedenen Modelle hinsichtlich Planung und Berechnung erschwert, die die unterschiedlichen Sichtweisen der am Planungsprozess Beteiligten implizieren. Zur Analyse und Interpretation der geometrischen, topologischen und semantischen Daten eines Bauwerksproduktmodells wird deshalb ein graphentheoretischer Ansatz vorgestellt. Zur Ableitung eines Raummodells werden ein Bauteilgraph, ein Raumflächengraph, ein Raumgraph und ein relationaler Objektgraph als Hilfsmittel identifiziert und Algorithmen zur Ableitung dieser Relationen entwickelt. Das Raummodell gestattet die semantische Identifizierung von Objekttypen und die Ableitung eines Objekt- und eines Oberflächenmodells, womit die Voraussetzung zur Kopplung zwischen dimensionsreduzierten und detaillierten Berechnungsverfahren des thermischen Gebäudeverhaltens gegeben ist. Die Anwendung des Verfahrens wird anhand der Analyse und geometrischen Diskretisierung eines komplexen Referenzmodells demonstriert. Zur Simulation konvektiver Raumluftströmungen wird das Gitter-Boltzmann Verfahren eingesetzt. Es werden dessen Erweiterungen hinsichtlich Energieerhaltung und eines Large-Eddy Feinstruktur-Turbulenzmodells diskutiert. Validierungsrechnungen des verwendeten hybriden thermischen Modells zeigen gute Übereinstimmungen mit Werten aus der Literatur. Anhand eines komplexen dreidimensionalen Beispiels der Innenraumluftströmung in einem Atrium wird die prototypische Umsetzung des Verfahrens aufgezeigt.     «

Vorliegende Arbeit diskutiert Simulationstechniken zur quantitativen Bestimmung und Bewertung von Luftströmungen in Innenräumen und die Anbindung dieser Techniken an ein Gebäudemodell. Raumluftströmungen werden in ihrem Erscheinungsbild anhand typischer Konfigurationen der Gebäudehülle charakterisiert. Es werden ihre Auswirkungen auf den Energiehaushalt eines Gebäudes und auf das thermische Behaglichkeitsempfinden der Nutzer erläutert. Zur numerischen Simulation des transienten thermischen Gebäu...     »

In this thesis, simulation techniques are discussed with respect to the quantification and evaluation of indoor air flows and ways of linking these techniques to a building model. The appearance of the indoor air flows is characterized by means of typical configurations of the outer shell of the building. The impact of air flows is depicted with respect to building energy consumption and thermal comfort of the user. In order to simulate the transient thermal behaviour of a building numerically, a finite volume method is described for balancing heat gains through the building's fabric. In thermal multizone models, enthalpy flows caused by pressure differences are usually computed using a single node or just a few nodes per zone. As this discretization technique restricts the spatial resolution of indoor air flows, a more detailed high-resolution CFD simulation is required in some cases to resolve local flow patterns, as shown in the preliminary study of a coupled simulation. The utilization of the coupling interface developed for this purpose is demonstrated by a coupled simulation between a commercial CFD system and a thermal multizone building model of a sample building with an inner courtyard. The results are compared to measurement data. The process of linking numerical approaches to building models is hampered by the range of different models put forward for planning and calculation purposes which reflect the conflicting views of the people involved in the design process. An ansatz based on graph theory is accordingly used to interpret the geometrical, topological and semantical data of a building product model. In order to derive a room model, a structural component graph, a graph of room surfaces, a room graph and a relational object graph are identified as aids. Algorithms are developed to derive these relations. The room model serves to identify objects semantically and derive both an object model and a surface model. This serves as a precondition for coupling dimensionally reduced and detailed approaches with respect to the simulation of thermal building behaviour. The application of the technique presented here is demonstrated by the analysis and discretization of a complex sample model. The lattice Boltzmann technique is applied to simulate convective air flows. Its extensions are discussed with respect to energy conservation and a Large Eddy subgrid scale turbulence model. Validation computations of the hybrid thermal model employed match the values from the literature well. A complex three-dimensional example based on the indoor air flows within an atrium is used to demonstrate the prototypic implementation of the method.     «

In this thesis, simulation techniques are discussed with respect to the quantification and evaluation of indoor air flows and ways of linking these techniques to a building model. The appearance of the indoor air flows is characterized by means of typical configurations of the outer shell of the building. The impact of air flows is depicted with respect to building energy consumption and thermal comfort of the user. In order to simulate the transient thermal behaviour of a building numerically,...     »